ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理
隨著工業自動化程度的不斷提高，調節閥作為自動調節系統的最終執行元件，在化工企業得到越來越廣泛的應用，調節閥應用的好壞直接關系著生產的質量與安全。因此，結合長期從事氣動元件的設計，增壓設備選型及安裝、調試及維護的經驗，談一談氣動薄膜調節閥結構組成、工作原理及選型。
一、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理
氣動調節閥是以壓縮氣體（常采用凈化壓縮空氣）為動力源，以氣缸為執行器，并根據實際需求可選配電/氣閥門定位器、電/氣轉換器、電磁閥、保位閥、儲氣罐、氣體過濾/減壓/油霧分離器等附件去驅動閥門，來實現調節目標，接收工業自動化控制系統的控制信號來完成調節管道介質的，比如流量、壓力、溫度、液位等各種工藝過程參數。
2、氣動調節閥工作原理
自工業控制系統如DCS、PLC等系統送出4-20ma電流信號，送至氣動調節閥定位器。定位器根據所接收到的電流值，自動調節壓縮空氣量（壓力）的大小，并將壓縮空氣送至膜室上/下腔。當膜室內的氣壓大于彈簧的彈力范圍及閥體內部壓力和其它阻力時，就可以推動閥芯、閥桿、推桿等構件自由運動了。
3、氣動調節閥的彈簧范圍
彈簧范圍：是指一臺閥在靜態啟動時的膜室壓力到走行程時的膜室壓力。20～100KPa，表示這臺閥靜態啟動時膜室壓力是20KPa，關閉時的膜室壓力是100KPa。常用的彈簧范圍有20～100KPa、20～60KPa、60～100KPa、60～180KPa、40～200KPa。
ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理氣動薄膜結構組成
氣動執行器由執行機構和調節機構組成。執行機構包括：氣動薄膜、氣動活塞、氣動長行程3種，調節機構為：閥、閘板、調節閥等，有直、角行程兩種。
2、氣動薄膜調節閥工作原理
0.2～1kg／cm的信號壓力輸人薄膜氣室中，產生的推力使推桿部件移動、彈簧被壓縮產生的反作用力與信號壓力在薄膜上產生的推力相平衡。推桿的移動即是氣動薄膜執行機構的行程。正作用式：當薄膜氣室內輸人信號壓力時，使推桿部件向下移動。反作用式：當薄膜氣室內輸人信號壓力時，使推桿部件向上移動。
二、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理的選型
調節閥是直接接觸工藝介質的控制機構，承受著流體的壓力、溫度、沖刷、腐蝕和磨損。惡劣工況下不乏調節閥卡塞、振動、泄漏、流量特性失真甚至 閥芯脫落的現象。在長期的機械疲勞、熱沖擊和化學腐蝕作用下，調節閥的使用性能逐漸下降。實際上調節閥的使用壽命難以估計，最重要的因素是需要設計者了解工藝要求及使用工況。
1、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理的選用
在調節閥的選用中，必須首先考慮是否能達成工藝目的，滿足控制要求以及長期穩定使用。調節回路參數的整定耗時費力，其重要的原因便是調節閥的流量特性很難做到理想曲線。控制器采用計算機技術已能使P I D算法接近數學期望值，但通過調節閥動作得到的流量特性總是偏離理想值，需要多次調整才能穩定。對于單回路而言，可以放寬控制強度得到較好的穩定性；而串級回路中，副回路需要較好的快速響應及自我穩定性才能跟隨主回路的變化。在化工企業中常用的串級調節回路主回路為溫度（液位）調節，副回路為流量調節，如圖1所示。
流量回路響應快速，易造成調節閥振蕩，使整個串級回路波動。相對P形閥芯，采用V形閥芯有利于提升控制品質。它具有不對稱結構，定點徑向力震動性小，有利于閥芯穩定，延長使用壽命，并且遠離流體沖刷區，有利于保護閥芯／座，避免湍流損壞此外，等百分比流量特性是嚴格的等百分比曲線，在任何口徑下，不改變曲線特性，工作范圍20％～90％。
在化工裝置中，常存在有多種有毒介質。在CS2裝置中典型的有毒介質CS2。從安全、環保的角度應采用低泄漏閥。調節閥的泄漏源主要為閥桿與填料間隙，為保證閥桿動作自如，必須與填料有一定間隙。對于低沸點介質很容易從此處泄漏出來。
采用波紋管密封可解決這個問題。傳統的波紋管受材質和加工工藝限制，使用壽命不長。閥門應具，這樣才能防止任何有毒及易燃爆氣體散逸到大氣中，采用軟密封的閥芯／座配合，可達到零內泄漏，且使用次數（閥門全開到全關）在160萬次以上，同時可以加載波紋管檢漏裝置，更能保證閥門的安全性，保護人身及環境安全。
在CS2裝置中液態硫磺介質在一定的溫度下維持液態，如遇冷即結晶，工藝上此類管道設計為夾套管。調節閥也必須為夾套閥。許多廠家為降低制造成本，采取夾套外購的方式，將夾套與閥體固定在一起，通過夾套壁傳熱。金屬之間很難作到無間隙，造成傳熱死角。要選擇將夾套焊接在閥體上，采用下進上出的方式，獨立循環系統使得介質能夠均勻分布到閥體的各個部分；不改變原閥門的尺寸，方便安裝，拆卸簡便；結構小巧獨立，不受管道干擾，也不對其他管件產生影響。這種夾套必須經過水壓試驗及探傷，使成本上升，但無保溫死角。以上從工藝角度討論了調節閥選型的特殊要求，在滿足工藝需要的前提下，閥門的使用壽命與工作狀況直接相關。在計算書上除了開度、噪聲等結果，還應密切注意出口流速的值，原則上液體的出口流速不應 >3 m／s，而對于氣體或蒸汽則不應>3Mach，在選型的過程中，如果忽略了這個值而單純地看開度和噪聲，過高的流速會造成對閥門內件的損害，從而使閥門的使用壽命不能得到保障。
三、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理主要零件材料
| 零件名稱 | 材料 |
| 閥體、閥蓋 | ZG230~450、WCB、304、316、304L、316L |
| 閥芯、閥座 | 304、316、304L、316L |
| 波紋膜片 | 丁腈橡膠夾增強滌綸織物 |
| 填料 | 聚四氟乙烯、柔性石墨 |
| 彈簧 | 60Si2Mn |
| 膜蓋 | A3 |
| 閥桿、推桿 | 304、316、304L、316L |
| 墊片 | 聚四氟乙烯、石墨墊片、金屬纏繞墊片 |
四、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理主要參數與性能指標
1.主要參數 表2
| 公稱通徑DN(mm) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 200 | |
| 額定流量系數 Kv | 直線 | 6.9 | 11 | 17.6 | 27.5 | 44 | 69 | 110 | 176 | 275 | 440 | 550 |
| 等百分比 | 10 | 16 | 25 | 40 | 63 | 100 | 160 | 250 | 400 | 500 | ||
| 額定行程(mm) | 16 | 25 | 40 | 60 | ||||||||
| 公稱壓力PN(MPa) | 1.6 、4.0 | |||||||||||
| 固有流量特性 | 直線等百分比 | |||||||||||
| 固有可調比 R | 50 | |||||||||||
| 氣動執行機構 | 正作用 | PM280B | PM400B | PM600B | PM1000B | |||||||
| 反作用 | PM280K | PM400B | PM600K | PM1000K | ||||||||
| 膜片有效面積 Ae (cm2) | 280 | 400 | 600 | 1000 | ||||||||
| 彈簧范圍 Pr(MPa) | 20～100、40～200、80～240 | |||||||||||
| 氣源壓力Ｐs(MPa) | 0.14、0.25、0.28、0.40 | |||||||||||
| 定位器輸入信號 | 4~20、0~10mA·DC及其它控制信號或以上信號分程控制 | |||||||||||
2.ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理主要性能指標 表3
| 序號 | 項目 | 標準型調節閥 | 高溫型調節閥 | ||||
| 不帶定位器 | 帶定位器 | 不帶定位器 | 帶定位器 | ||||
| 1 | 基本誤差(%) | ±5 | ±2.0 | ±15 | ±4 | ||
| 2 | 回差(%) | 3 | 2.0 | 10 | 3 | ||
| 3 | 死區(%) | 3 | 0.8 | 8 | 1 | ||
| 氣開 | 始點 | ±2.5 | ±6 | ±2.5 | |||
| 4 | 始終點偏差(%) | 終點 | ±5 | ±2.5 | ±15 | ||
| 氣關 | 始點 | ±5 | ±15 | ||||
| 終點 | ±2.5 | +6 | |||||
| 5 | 額定行程偏差 (%) | +2.5 | +2.5 | +6 | +2.5 | ||
| 6 | 允許泄漏量 | Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級 | |||||
| 7 | 額定流量系數偏差（%） | ±10 | |||||
| 8 | 固有流量特性偏差 | 符合 IEC534-1和 GB/T4213-92中規定的斜率偏差要求 | |||||
注：本產品性能指標貫徹 GB/T4213-92標準
三、ZXP氣動薄膜單座調節閥結構組成及工作原理結語
氣動調節閥作為調節系統的終端設備，在化工企業被廣泛的應用。但必須正確的選擇才能達到理想的調節效果。氣動薄膜精小型單座調節閥（ZXP氣動調節閥）采用頂導向結構，配用多彈簧薄膜執行機構。具有結構緊湊、重量輕、動作靈敏、流體通道呈～流線型、壓降損失少、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優點。廣泛應用于精確控制氣體、液體、蒸汽等介質，工藝參數如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。特別適用于允許泄漏量小閥前后壓差不大的工作場合。
本系列產品有標準型、調節切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型、低溫型、高溫散熱型等多個品種。 產品公稱壓力等級有PN16、25、40、64(63)：20(Class150)、50(Class300)、110((Class600)口徑范圍DN15～250。適用流體溫度由-250℃～+550℃范圍內多種檔次。泄漏量標準有Ⅳ級或Ⅵ級。流量特性有線性或等百分比。設計單位及用戶可根據具體工況進行選擇。本公司產品可與國產ZMAP、ZMBP、ZJHP(精小型)、ZHAP、ZHBP、VP、HTS、ZHTS、HLS、HTS型等單座調節閥等效。
客服1號